JPH02228534A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH02228534A JPH02228534A JP5084089A JP5084089A JPH02228534A JP H02228534 A JPH02228534 A JP H02228534A JP 5084089 A JP5084089 A JP 5084089A JP 5084089 A JP5084089 A JP 5084089A JP H02228534 A JPH02228534 A JP H02228534A
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- Japan
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- pressure
- force
- pressure sensitive
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は圧力センサに関し、殊に温度変化による熱ひず
みの影響を抑制した圧力センサの構造に関する。
みの影響を抑制した圧力センサの構造に関する。
（従来技術）
圧電振動子を用いた圧力センサとしては従来よシ第３図
に示す如き構造のものが用いられている。
に示す如き構造のものが用いられている。
同図に於いて１はハウジング、２は圧力導入口、３はベ
ローズであって、該べｏ−ス３ ａ ＋ ３ｂ度には力
伝達部材４を有し、該力伝達部材４０可撓部４０と固定
部４ｂ間に感圧素子５が接着固定されている。
ローズであって、該べｏ−ス３ ａ ＋ ３ｂ度には力
伝達部材４を有し、該力伝達部材４０可撓部４０と固定
部４ｂ間に感圧素子５が接着固定されている。
このように構成した圧力センサに於いて圧力導入口２よ
りベローズ３ａ、３ｂに圧力が加わると該ベローズの有
効面積に応じた刀が前記力伝達部材４の上下にかがシ、
差圧に相当する刀がヒボット６を支点にして感圧素子５
に圧縮カ若しくは引張力として加わシ核力に応じ前記感
圧素子５の共振周波数が変化し、これを検知することに
よシ圧力を測定するものである。
りベローズ３ａ、３ｂに圧力が加わると該ベローズの有
効面積に応じた刀が前記力伝達部材４の上下にかがシ、
差圧に相当する刀がヒボット６を支点にして感圧素子５
に圧縮カ若しくは引張力として加わシ核力に応じ前記感
圧素子５の共振周波数が変化し、これを検知することに
よシ圧力を測定するものである。
しかしながら、ベローズ３ａ、３ｂ、力伝達部材４．感
圧素子５及びハウジング１は夫々異種材料、により構成
されているため使用環境の温度変化等によシ線膨張係数
の差による熱ひずみが発生し、圧電素子５に応力が加わ
シ、正確な圧力測定を行なうことは困難であるという欠
点があった。
圧素子５及びハウジング１は夫々異種材料、により構成
されているため使用環境の温度変化等によシ線膨張係数
の差による熱ひずみが発生し、圧電素子５に応力が加わ
シ、正確な圧力測定を行なうことは困難であるという欠
点があった。
この欠点を除去するためには使用する感圧素子と同一の
線膨張係数の材料によジノ・ウジングベローズ及び力伝
達部材等を構成すればよいが、実質的に困難且つ高価な
ため従来よシ温度変化の影響を受けず廉価な圧力センサ
の開発が望まれていた。
線膨張係数の材料によジノ・ウジングベローズ及び力伝
達部材等を構成すればよいが、実質的に困難且つ高価な
ため従来よシ温度変化の影響を受けず廉価な圧力センサ
の開発が望まれていた。
（発明の目的）
本発明は上述した如き欠点に鑑みなされたものでありて
、温度変化に伴う熱ひずみの発生を抑え、簡単な栴成且
つ安価な圧力センサを彷供することを目的とする。
、温度変化に伴う熱ひずみの発生を抑え、簡単な栴成且
つ安価な圧力センサを彷供することを目的とする。
（発明の概要）
この目的を達成するために本発明の圧力センサは測定圧
力をベローズ等の立食換器により刀を変換し、核力を力
伝達部材を介して感圧素子に加えることによυ該感圧素
子に於ける発振周波数の変化量から前記測定圧力を検出
するタイプの圧力センサに於いて、前記感圧素子力伝達
部材可撓部と該力伝達部材と隔設し且つ圧力センサハウ
ジング内に設けられた感圧素子固定部材との間に橋架固
定することによシ周囲温度の変化に伴なう熱ひずみの影
響を前記感圧素子に加えろことのないよう構成する。
力をベローズ等の立食換器により刀を変換し、核力を力
伝達部材を介して感圧素子に加えることによυ該感圧素
子に於ける発振周波数の変化量から前記測定圧力を検出
するタイプの圧力センサに於いて、前記感圧素子力伝達
部材可撓部と該力伝達部材と隔設し且つ圧力センサハウ
ジング内に設けられた感圧素子固定部材との間に橋架固
定することによシ周囲温度の変化に伴なう熱ひずみの影
響を前記感圧素子に加えろことのないよう構成する。
（実施例）
以下１図面に示した実施例に基づいて本発明の詳細な説
明する。
明する。
先づ１本発明の理解全助けろため従来用いられている圧
力センサの熱ひずみについて第４図の簡略化した図を基
に解析する１、同、解析が複雑な念めベローズライン系
、刀伝達部材系、感圧素子固定部系等各糸に分けて説明
すると共にハウジング内面下部を基準面として考察する
。
力センサの熱ひずみについて第４図の簡略化した図を基
に解析する１、同、解析が複雑な念めベローズライン系
、刀伝達部材系、感圧素子固定部系等各糸に分けて説明
すると共にハウジング内面下部を基準面として考察する
。
■ ベローズラインの系について
温度変化Δｔ（ｄｅｇＪによってベローズは第５図（ａ
）に示した状態から第５図（ｂ）に示した状態へと変化
し、Ａ点はＡ′点の位置に移動する。
）に示した状態から第５図（ｂ）に示した状態へと変化
し、Ａ点はＡ′点の位置に移動する。
該ＡＡはハウジング中央に位置するためベローズのβ力
は互いに打消し平衡状態となシ、従ってベローズの熱膨
張による伸びはＡ点の移動に影響を及ぼさない。即ち、
Ａ点の位置変位Δ１はケースの伸びによって決定され （β１：ハウジングの線膨張係数、Ｌｌ：）・ウジフグ
内径） となる。
は互いに打消し平衡状態となシ、従ってベローズの熱膨
張による伸びはＡ点の移動に影響を及ぼさない。即ち、
Ａ点の位置変位Δ１はケースの伸びによって決定され （β１：ハウジングの線膨張係数、Ｌｌ：）・ウジフグ
内径） となる。
■ 力伝達部材について
温度変化△ｔ（ｄｅｇＪによって力伝達部材は第６図（
ａｌの状態から第６図（ｂｌの状態へと変化する。
ａｌの状態から第６図（ｂｌの状態へと変化する。
従ってＡ点はＡ″点に変位する。
該Ａ点の変位量Δ４は力伝達部材に於けるＤＥ間の延び
Δ２から該力伝達部材に於けるブームＨＣ間の延ひΔ３
を引いたものであり Δ２＝Ｌ６・β８・Δｔ ・・・・・・・・
・ （２）ａ Δ３＝（Ｌ２＋了）・β３・Δｔ・・・・・・（３）Δ
４＝Δ２−Δ３ と表すことができ、また該変位量Δ４がベローズに与え
る影響を考慮すると該ベローズは第６図（Ｃ）に示す如
くΔ５だけ押し縮められることになる。
Δ２から該力伝達部材に於けるブームＨＣ間の延ひΔ３
を引いたものであり Δ２＝Ｌ６・β８・Δｔ ・・・・・・・・
・ （２）ａ Δ３＝（Ｌ２＋了）・β３・Δｔ・・・・・・（３）Δ
４＝Δ２−Δ３ と表すことができ、また該変位量Δ４がベローズに与え
る影響を考慮すると該ベローズは第６図（Ｃ）に示す如
くΔ５だけ押し縮められることになる。
Δ５＝△４−Δ１ ・・・・・・・・・（５）ここで
力伝達部材のピボットＦ点を中心に反時計回シの力を正
方向とすると前記峻位Δ５によシベローズ３ａはＡ ｒ
ｅ点に対して正の力Ｆ１を発生する。
力伝達部材のピボットＦ点を中心に反時計回シの力を正
方向とすると前記峻位Δ５によシベローズ３ａはＡ ｒ
ｅ点に対して正の力Ｆ１を発生する。
Ｆ１＝２・Ｋｌ・Δ５ ・・・・・・・・・（６）（Ｋ
１ ：ベローズのバネボ数） ■ 力伝達部材支柱と感圧素子固定部について温度変化
Δｔ（ｄｅｇＪ によって力伝達部材は第７図（ａｌ
の状態から第７図（ｂＪの状態へと変化し。
１ ：ベローズのバネボ数） ■ 力伝達部材支柱と感圧素子固定部について温度変化
Δｔ（ｄｅｇＪ によって力伝達部材は第７図（ａｌ
の状態から第７図（ｂＪの状態へと変化し。
これは力伝達部材の変位Δ２と感圧素子の変位Δ６との
差Δ７によシカ伝達部材可撓部４ａビボッ） Ｆ ”を
中心に傾斜した定めであシ、該変化量Δ６．Δ７は夫々 Δ５＝（Ｌｓ−Ｌ４）β４・Δｔ ・・・・・・・−
・ （７）Δ７＝Δ２−Δ６ ＝（β８−β４）（ＬＩＳ−Ｌ４）Δｔ ・・・・・・
（８）と表すことができ Ａ Ｉｌ＃ ｐ Ｆ＃中ｐ
ＩＩ Ｇ ＩＬＬ と考えるとベローズ３ａがΔ７
たけ押し縮められ正の力Ｆ２ Ｆ ２ ＝ ２ Ｋ ｔ・Δ７ ・・・・・・・・・（
９）なる力及び力伝達部材のピボットのバネ性によ多発
生する正の力Ｆ８ Ｆｓ＝Ｋｘ・Δ７ ・・・・・・・・・（至）（Ｋｇ
：ピボットのくびれバネ定数） なる力が発生する。
差Δ７によシカ伝達部材可撓部４ａビボッ） Ｆ ”を
中心に傾斜した定めであシ、該変化量Δ６．Δ７は夫々 Δ５＝（Ｌｓ−Ｌ４）β４・Δｔ ・・・・・・・−
・ （７）Δ７＝Δ２−Δ６ ＝（β８−β４）（ＬＩＳ−Ｌ４）Δｔ ・・・・・・
（８）と表すことができ Ａ Ｉｌ＃ ｐ Ｆ＃中ｐ
ＩＩ Ｇ ＩＬＬ と考えるとベローズ３ａがΔ７
たけ押し縮められ正の力Ｆ２ Ｆ ２ ＝ ２ Ｋ ｔ・Δ７ ・・・・・・・・・（
９）なる力及び力伝達部材のピボットのバネ性によ多発
生する正の力Ｆ８ Ｆｓ＝Ｋｘ・Δ７ ・・・・・・・・・（至）（Ｋｇ
：ピボットのくびれバネ定数） なる力が発生する。
従って前記圧力センサ全体に発生する力ＦはＦ＝Ｆ １
＋Ｆ ２ ＋Ｆ ｓ ＝２に１（Δ５＋Δ７）＋に２Δ７ ・・・・・・・・
・ 中」となり、更に核力Ｆによシ生じる周波数の変化
量Δｆは Δｆ＝８−Ｆ ＝８（ｚＫｚ（Δ５＋Δ７）＋に２Δ７） ・・・・・
・（２）となる。
＋Ｆ ２ ＋Ｆ ｓ ＝２に１（Δ５＋Δ７）＋に２Δ７ ・・・・・・・・
・ 中」となり、更に核力Ｆによシ生じる周波数の変化
量Δｆは Δｆ＝８−Ｆ ＝８（ｚＫｚ（Δ５＋Δ７）＋に２Δ７） ・・・・・
・（２）となる。
（Ｓ：感圧素子の応力感度）
即ち、使用環境の温度変化等に伴なう熱ひずみによシ生
じろ周波数変化は８．に１．Ｋｇ、Δ５及びΔ７に依存
するため夫々を小さく或は低くすればよいことが分かる
。
じろ周波数変化は８．に１．Ｋｇ、Δ５及びΔ７に依存
するため夫々を小さく或は低くすればよいことが分かる
。
しかしながら、Ｋｌ、に２及びＳを低下させることは感
度の低下及び力伝達部材及びベローズの破壊という問題
点を有しており、従ってむやみに小さく設定することは
できないため熱ひずみを防止し温度変化に伴なう周波数
変動をなくすにはΔ５及びΔ７を零とすればよくそのた
め本発明の圧力センサは以下の如き構成をとる。
度の低下及び力伝達部材及びベローズの破壊という問題
点を有しており、従ってむやみに小さく設定することは
できないため熱ひずみを防止し温度変化に伴なう周波数
変動をなくすにはΔ５及びΔ７を零とすればよくそのた
め本発明の圧力センサは以下の如き構成をとる。
第１図は本発明の一実施例を示す図であって。
前記第３図と同一部分には同一記号を符しその説明を省
略する。
略する。
同図に於いて前記第３図と異なる点は感圧素子５を力伝
達部材４の可撓ｇ４ａと感圧素子固定部材７間に橋架固
定した点であり、ｔた該感圧素子固定部材７は前記力伝
達部材４の固定部４ｂとは隔設されハウジング６内Ｖこ
固定されている。
達部材４の可撓ｇ４ａと感圧素子固定部材７間に橋架固
定した点であり、ｔた該感圧素子固定部材７は前記力伝
達部材４の固定部４ｂとは隔設されハウジング６内Ｖこ
固定されている。
第２図は前記第１図に示した圧力センサを簡略化した図
であシ、同図を用いて再び解析を行なう。
であシ、同図を用いて再び解析を行なう。
先づ、前記変位量Δ５を零にするには
Δ５＝Δ４−△１
（ｚＬｇ＋Ｌｓ）・△ｔ）
しかしながら９本実施例の如き形状をとると前述したの
ベローズライン系及び■力伝達部材については同じであ
るが、■力伝達部材支柱と感圧素子固定部については以
下の様に解析することができる。
ベローズライン系及び■力伝達部材については同じであ
るが、■力伝達部材支柱と感圧素子固定部については以
下の様に解析することができる。
Δ７′＝Δ２′−Δ６′ ・・・・・・・・・（２）Δ
２’＝（Ｌａ・β８＋Ｌ６・β１）Δｔ 叫・・（２）
Δ６’＝（（Ｌ４＋Ｌａ、）β５＋（Ｌｓ−Ｌ４）β４
）Δｔ ・・・・・・・・・（至） β１）ノ・△ｔ ・・・・・・・・・ （至）から
明らかなようにＬ２．Ｌｘ、Ｌｓにより決定するもので
あるため、該Ｌ２．Ｌａ、Ｌｓを所足値に設定すること
により容易に変化量Δ５を零にすることができろ。
２’＝（Ｌａ・β８＋Ｌ６・β１）Δｔ 叫・・（２）
Δ６’＝（（Ｌ４＋Ｌａ、）β５＋（Ｌｓ−Ｌ４）β４
）Δｔ ・・・・・・・・・（至） β１）ノ・△ｔ ・・・・・・・・・ （至）から
明らかなようにＬ２．Ｌｘ、Ｌｓにより決定するもので
あるため、該Ｌ２．Ｌａ、Ｌｓを所足値に設定すること
により容易に変化量Δ５を零にすることができろ。
一万、変位量Δ７は前記（８）式からも明らかなように
Ｌ４ 、Ｌａ 、β８及びβ４によシ決定し、該Ｌ４及
びＬａの組合せのみでは変位量Δ７を零とすることはで
きない。
Ｌ４ 、Ｌａ 、β８及びβ４によシ決定し、該Ｌ４及
びＬａの組合せのみでは変位量Δ７を零とすることはで
きない。
従って、変位量Δ７′は
Δ７’＝（Ｌｓβ８＋Ｌ６β”（Ｌ４＋Ｌ６）β６−（
Ｌａ−Ｌ４）β４）Δｔ ・・・・・・・・・α７であ
シ、該変位量Δ７′ が零となるよう感圧素子固定部材
の線膨張係数β５及び長ｄＬｓを設定すればよい。
Ｌａ−Ｌ４）β４）Δｔ ・・・・・・・・・α７であ
シ、該変位量Δ７′ が零となるよう感圧素子固定部材
の線膨張係数β５及び長ｄＬｓを設定すればよい。
今９例えばハウジングをステンレス、ベローズをニッケ
ル、力伝達部材をリン青銅、感圧素子を水晶振動子にて
構成し、夫々の線膨張係数をβ１＝１７Ｘ１０ 、β
２＝１２．８Ｘ１０ 、β１＝１８゜２Ｘ１０ （
ｍ／ｄｅｇＪ−長さをＬ １＝２１．４ 、 Ｌ ２＝
８．２．Ｌｓ＝５．０．Ｌ４＝３．２．Ｌ５＝２０．７
（闘〕とした場合、感圧素子固定部材にジュラルミン（
β６＝２７．３Ｘ１０ ｍ／ｄｅｇ）を用いればＬ６
は（ロ）式よシ Ｌｓ＝＝４．９４ｍ を得ることができる。
ル、力伝達部材をリン青銅、感圧素子を水晶振動子にて
構成し、夫々の線膨張係数をβ１＝１７Ｘ１０ 、β
２＝１２．８Ｘ１０ 、β１＝１８゜２Ｘ１０ （
ｍ／ｄｅｇＪ−長さをＬ １＝２１．４ 、 Ｌ ２＝
８．２．Ｌｓ＝５．０．Ｌ４＝３．２．Ｌ５＝２０．７
（闘〕とした場合、感圧素子固定部材にジュラルミン（
β６＝２７．３Ｘ１０ ｍ／ｄｅｇ）を用いればＬ６
は（ロ）式よシ Ｌｓ＝＝４．９４ｍ を得ることができる。
従って、圧力センサ外形寸法等を考慮し、感圧素子固定
部材材料と長さｌを設定することによシ熱ひずみの影響
を受けろことのない圧力センサを構成することができる
。
部材材料と長さｌを設定することによシ熱ひずみの影響
を受けろことのない圧力センサを構成することができる
。
メ、従来熱ひずみの発生を考慮して形状及び圧力測定範
囲者に水晶振動子の切断角度を変更する必要があったが
１本発明の圧力センサによれば、感圧素子は熱ひずみの
影響を受けないため一足の切断角度のものを用いろこと
ができ設計を容易にし、コストを低減することができる
、。
囲者に水晶振動子の切断角度を変更する必要があったが
１本発明の圧力センサによれば、感圧素子は熱ひずみの
影響を受けないため一足の切断角度のものを用いろこと
ができ設計を容易にし、コストを低減することができる
、。
（発明の効果）
本発明は上述した如く構成し且つ機能するものであるか
ら、簡単な構成によシ熱ひずみの影響を受けず、従って
正確な測定を可能とするうえで著しい効果を発揮する。
ら、簡単な構成によシ熱ひずみの影響を受けず、従って
正確な測定を可能とするうえで著しい効果を発揮する。
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明の
圧力センサを簡略化した図、第３図は従来の圧力センサ
の構造を示す図、第４図は従来の圧力センサを簡略化し
た図、第５図乃至第７図は従来の圧力センサの状態を示
す図である。 １・・・・・・・・・ハウジング、 ２・・・・・
・・・・圧力導入口、 ３・・・・・・・・・ベロ
ーズ、 ４・・・・・・・・・力伝達部材、
５・・・・・・・・・感圧素子。 ７・・・・・・・・・感圧素子固定部材。 特許出願人 東洋通信機株式会社 −一一一リ−一−Ｊ （Ｔ＝ ｔ 〔・ｃ］） （ｙ＝ｔ≠乙りじＣ’Ｊ） （Ｔ＝ｔ（”Ｃ１） （Ｔ＝ｔ＋Δｔ【’ＬＡ ） （、Ｔ−ｔ−，６ｔ（’Ｃ］ ） ￥６）ポα〕 第６Ｌ２１（ｂ〕 第６＋’Ａ＜ｃ）
圧力センサを簡略化した図、第３図は従来の圧力センサ
の構造を示す図、第４図は従来の圧力センサを簡略化し
た図、第５図乃至第７図は従来の圧力センサの状態を示
す図である。 １・・・・・・・・・ハウジング、 ２・・・・・
・・・・圧力導入口、 ３・・・・・・・・・ベロ
ーズ、 ４・・・・・・・・・力伝達部材、
５・・・・・・・・・感圧素子。 ７・・・・・・・・・感圧素子固定部材。 特許出願人 東洋通信機株式会社 −一一一リ−一−Ｊ （Ｔ＝ ｔ 〔・ｃ］） （ｙ＝ｔ≠乙りじＣ’Ｊ） （Ｔ＝ｔ（”Ｃ１） （Ｔ＝ｔ＋Δｔ【’ＬＡ ） （、Ｔ−ｔ−，６ｔ（’Ｃ］ ） ￥６）ポα〕 第６Ｌ２１（ｂ〕 第６＋’Ａ＜ｃ）
Claims (1)
- 測定圧力をベローズ等の力変換器により力に変換し、該
力を力伝達部材を介して感圧素子に加えることにより該
感圧素子に於ける発振周波数変化量から前記測定圧力を
検出するタイプの圧力センサに於いて、前記感圧素子力
伝達部材可撓部と該力伝達部材と隔設し且つ圧力センサ
ハウジング内に設けられた感圧素子固定部材との間に橋
架固定することにより、周囲温度の変化に伴なう熱ひず
みの影響を前記感圧素子に加えることのないよう構成し
たことを特徴とする圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5084089A JPH02228534A (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5084089A JPH02228534A (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228534A true JPH02228534A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12869942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5084089A Pending JPH02228534A (ja) | 1989-03-02 | 1989-03-02 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02228534A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009258085A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-11-05 | Epson Toyocom Corp | 圧力センサおよびその製造方法 |
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Citations (1)
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| JPS649331A (en) * | 1987-07-01 | 1989-01-12 | Toyo Communication Equip | Structure of pressure sensor |
-
1989
- 1989-03-02 JP JP5084089A patent/JPH02228534A/ja active Pending
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